Wetenschapstoerisme

De River Charles snijdt de stad in tweeen. Op de zuidoever ligt de City of Boston, op de noordoever ligt de City of Cambridge.

Cambridge is de thuisbasis van Harvard University en MIT (Massachusets Institute of Technology), en in Boston vind je Harvard Medical School en Boston University. Verder zijn er tientallen universiteiten en instituten verspreid over beide steden, en samen vormen ze een fantastisch centrum van onderwijs en onderzoek. Hier komen niet alleen hordes studenten op af, maar ook veel hightech bedrijven, zoals Google, Novartis en Genzyme. Tel daar nog eens de honderden spin-off bedrijven bij op die voortkomen uit het top notch onderzoek dat hier plaats vindt, en je kunt je voorstellen dat het geen straf is om hier als wetenschapper een jaartje rond te kunnen lopen. Als een archeloog die op vakantie is in Rome.

Met enige regelmaat kijk ik op de kaart van Cambridge en Boston en plan mijn route voor een werkafspraak. Elke plek die ik bezoek heeft zijn bezienswaardigheid. Op mijn gele mountainbike fiets ik van het Broad Institute naar NorthEastern University, ik neem de green line naar het Wyss Institute, loop dan naar Boston University om vervolgens het Dana Farber Cancer Research Institute aan te doen. Zoals ik al eens tegen een van mijn collega’s zei: de beste wetenschappelijke investering in Boston is een fiets.

Laatst had ik een rondleiding in het sequencinglab van het Broad Institute of MIT and Harvard, waar ik sinds Augustus als gasthoogleraar (visiting professor) gestationeerd ben geweest. Het Broad Instituut (spreek uit: brood), dat in 2003 is opgezet met een 100 miljoen dollar donatie van Eli Broad, een zakenman en filantroop (die in 1999 één van zijn bedrijven verkocht had voor $18 miljard), is opgericht met het idee om mensen uit verschillende wetenschapvelden samen aan grootse biomedische problemen gewerkt moest worden(kijk maar eens op http://www.broadinstitute.org/files/sections/about/video/broadVideo/broadVideo_update.html). Overigens heeft het echtpaar Broad na de initiële donatie bij oprichting van het Institute, nog 500 miljoen geschonken aan het institutuut.

Het Broad komt voort uit het Human Genome Project, de megataak om de volledige volgorde van het DNA van de mens te bepalen. DNA bestaat uit vier soorten moleculen die de “letters” A, C, G, en T zijn van de boeken die onze genen zijn en die samen de bibliotheek van ons genoom beslaan. In totaal bestaat ons genoom uit drie miljard letters en de volgorde ervan bepaalt of je Jan of Madelon bent. Het heeft geduurd van 1990 tot 2006 om die volgorde van drie miljard te bepalen en het project kostte drie miljard dollar. Maar zoals President Obama ook al in de State of the Union noemde: elke $ uitgegeven aan het Human Genome Project, heeft er inmiddels al $140 opgeleverd.
En de techniek heeft niet stil gestaan. Tegenwoordig kun je voor 1000 dollar je hele genoom laten sequencen en dat in 1 dag! Wat een enorm verschil. Je kunt het vergelijken met de ontwikkeling van de microchip met bijvoorbeeld de Commodore 64 computers uit de jaren 80 met 64 kilobyte geheugen tegen 297.000.000 kilobyte gheugen op de laptop die ik gebruik om dit stukje te schrijven. Het sequencing laboratorium op het Broad Institute staat barstenvol high tech apparatuur die miljoenen letters per minuut uitspuwen. Wat een feest om daar eens een kijkje in de keuken te mogen nemen!

Vorige week was ik op bezoek bij een bevriend onderzoeker op het Koch Institute for Intergrative Cancer Research. Zijn naam is Dan Anderson, en hij is zo ongeveer de uitvinder van het veld waar ik ook in werk, het high throughput screenen van biomaterialen. Het wat...?
In het kort: je maakt heel veel variaties van een materiaal van keuze, en test dan of die materialen doen wat je wilt.
Dan Anderson was de eerste die een hele serie polymeren (plastics) maakte en door de polymeren te mengen 500 verschillende unieke mengsels maakte. Vervolgens gebruikte hij een soort printer om al die verschillende polymeren te printen op een stukje glas van een paar vierkante centimeter. In zijn bank van materialen zocht Dan naar polymeren waarop je embryonale stamcellenkunt laten groeien, en vond ze; en hij zocht naar polymeren waarop bacteriën heel slecht hechten, en vond ze! Tijdens de thee vroeg ik of hij zijn eerste machine nog had staan, waarop hij enthousiast opstond en me meenam naar een klein naar chemicalien stinkend lab waar hij me trots zijn nieuwste analyse apparatuur liet zien, maar daarna ook zijn eerste, door hemzelf in elkaar geknutselde polymeerprinter inclusief stukjes scotch tape om de boel op de plaats te houden (zie foto). Een echt museumstuk!

Zelf ben ik hier bezig met het onderzoek aan mijn TopoChip, een stukje plastic van twee bij twee centimeter onderverdeeld in ongeveer 5000 vakjes, met in elk vakje een uniek patroon van bobbeltjes (zie foto). Net zoals blinde mensen bobbeltjes in papier kunnen voelen en dat kunnen omzetten naar taal, kunnen cellen bobbeltjes in materiaaloppervlakten voelen en daarop reageren. Zet een stamcel op het juiste oppervlakte en hij zal spontaan een botcel worden. Helaas kennen wij de taal van de cellenbraille niet. Ik probeer de taal te ontcijferen door honderdduizenden verschillende oppervlaktes te produceren met behulp van nanotechnologie en te registreren hoe cellen hierop reageren. Hiervoor maken we foto’s, drie van elk vakje en voor elke proef gebruiken we tien TopoChips. Dat zijn dus 3 x 10 x 5000 foto’s: 50.000 foto’s dus, die samen zo’n 200 Gigabyte aan data beslaan. Op die foto’s staan 2 miljoen cellen en we gebruiken software die vergelijkbaar is met gezichtherkenningssoftware, om de vorm van cellen aan de hand van zo’n 300 verschillende kenmerken te beschrijven. Al met al een bestand met meer dan een half miljard waarden. Om al die verschildende meetwaarden uit die foto’s te halen, gebruiken we hier op het Broad Instituut een cluster van 1000 computers! Je maakt een rekenklus aan en stuurt de opdracht naar het computer cluster, vervolgens gaan dan die 1000 computers voor je aan de slag en krijg je een paar uur later je bestand met een half miljard waarden terug waarin we dan kunnen gaan zoeken naar de geheimtaal van cellen! Fantastisch toch.

Uit deze drie voorbeelden van high tech wetenschapstoerisme, mag het duidelijk zijn dat ik het geweldig vind dat ik in de gelegenheid ben om in deze briljante omgeving (Kendall Square in Cambridge wordt ook wel eens de meest innovatieve vierkante mijl ter wereld genoemd) mijn onderzoek op een ander nivo te trekken, inspiratie op te doen en veel nieuwe contacten te leggen.